Speciation of Inorganic Arsenic in Baby Rice Cereals Using HPLC-ICP-MS

Význam tématu

Arsen anorganický je prokázaný karcinogen, jehož chronická expozice zvyšuje riziko řady onemocnění u dospělých i dětí. Rýže akumuluje arsen z prostředí efektivněji než jiné plodiny, což představuje zvláštní riziko zejména u kojeneckých rýžových kaší. Spolehlivá kvantifikace jednotlivých arsenových forem je klíčová pro hodnocení zdravotního rizika a pro nastavení regulatorních limitů.

Cíle a přehled studie

Cílem studie je aplikace metody HPLC-ICP-MS dle FDA Elemental Analysis Manual 4.11 pro separaci a detekci jednotlivých forem arseniku v kojeneckých rýžových kaších prodávaných v USA. Studie hodnotí jak stanovování celkového arseniku, tak speciační analýzu hlavních sloučenin (As(III), As(V), DMA, MMA).

Použitá metodika a instrumentace

Příprava vzorků:

• Hot block digesce vzorku (1 g kaše + 10 g 0,28 M HNO₃, 95 °C, 90 min), následné ředění, centrifugace a filtrace (0,45 µm).
• Úprava pH na 6–8,5 přidáním amoniakálního roztoku.

Chromatografie a detekce:

• Aniontově výměnný kolona Hamilton PRP-X100 (10 m, 4,1×250 mm) s isokratickou mobilní fází 10 mM NH₄H₂PO₄, pH 8,25, průtok 1 mL/min.
• Agilent 1200 Infinity LC, Shimadzu LC-20AD externí pumpa pro interní standard.
• Agilent 7700x ICP-MS provozovaný v módu kolizní cely (He), monitoring m/z 75 (As⁺) a m/z 77 (⁴⁰Ar³⁵Cl⁺).

Hlavní výsledky a diskuse

Metodické parametry:

• LOD pro jednotlivé formy As: 0,9–1,8 µg/kg, LOQ: 7–14 µg/kg.
• Lineární kalibrační křivky v rozsahu 0,25–20 ng/g, R²=1,00.
• Přesnost (%RSD): iAs 2,8 %, celkový As z speciační metody 1,7 %.
• Recovery spikovaných vzorků 97–115 %.

Stanovení v 31 vzorcích:

• Celkový As: 79,9–277 µg/kg (průměr 174,4 µg/kg).
• Inorganický As (As(III)+As(V)): 57–158 µg/kg (průměr 101,4 µg/kg), podíl iAs ~58 % z celkového As.
• Smíšené obilné kaše vykazují nižší As než čisté rýžové.
• Organické rýžové kaše měly proměnlivé hladiny; absence rýžového sirupu snižuje extrémní hodnoty.

Hmotnostní bilance mezi speciační a celkovou metodou dosahovala 85,8–106 % (průměr 96,7 %), což potvrzuje dobrou selektivitu a návratnost metody.

Přínosy a praktické využití metody

Metoda umožňuje citlivou a reprodukovatelnou speciační analýzu nízkých úrovní arseniku ve vysoce složitých matricích. Je vhodná pro kontrolu kvality kojeneckých potravin, pro výzkum akumulace As v obilovinách i pro splnění regulatorních požadavků.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se další vývoj:

• Automatizace a miniaturizace přípravy vzorků.
• Integrované hyphenované techniky (např. LC-HR-MS) pro identifikaci více toxických forem As.
• Virtuální screening surovin a prediktivní modelování akumulace As v plodinách.
• Využití datové integrace s LIMS a big data nástroji pro rozsáhlé monitorovací programy.

Závěr

Popsaná HPLC-ICP-MS metoda dle FDA EAM 4.11 byla úspěšně validována pro speciační stanovení arseniku v kojeneckých rýžových kaších s vynikající citlivostí, přesností a hmotnostní bilancí. Výsledky ukazují variabilní, ale obecně nižší hladiny iAs než v předchozích studiích, což demonstruje důležitost kontinuálního sledování kvality potravin pro nejzranitelnější skupiny.

Reference

1. Jackson B. a kol., Arsenic, Organic Foods, and Brown Rice Syrup, Environ. Health Perspect., 2012, 120, 623–626.
2. Jackson B. a kol., Arsenic concentration and speciation in infant formulas and first foods, Pure Appl. Chem., 2012, 84(2), 215–225.
3. Carey A. a kol., Phloem transport of arsenic species from flag leaf to grain during grain filling, New Phytol., 2011, 192(1), 87–98.
4. Meharg A. a kol., Arsenic & Rice, 2012, ISBN 978-9400729469.
5. Meharg A. a kol., Geographical Variation in Total and Inorganic Arsenic Content of Polished (White) Rice, Environ. Sci. Technol., 2009, 43(5), 1612–1617.
6. Sun G. a kol., Inorganic arsenic in rice bran and its products are an order of magnitude higher than in bulk grain, Environ. Sci. Technol., 2008, 42(19), 7542–7546.
7. Vela N. a Heitkemper D., Total arsenic determination and speciation in infant food products by ion chromatography-ICP-MS, J. AOAC Int., 2004, 87(1), 244–252.